{"id":60888,"date":"2025-01-22T00:01:03","date_gmt":"2025-01-21T23:01:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=60888"},"modified":"2025-01-20T10:52:17","modified_gmt":"2025-01-20T09:52:17","slug":"solar-gate-das-erste-adaptive-fassadensystem-mit-4d-druck-220120251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/solar-gate-das-erste-adaptive-fassadensystem-mit-4d-druck-220120251\/","title":{"rendered":"Solar Gate: Das erste adaptive Fassadensystem mit 4D-Drucktechnologie"},"content":{"rendered":"

Der Komfort von Innenr\u00e4umen erfordert in der Regel einen hohen Energieaufwand, wodurch Geb\u00e4ude<\/a> einen erheblichen Anteil an den weltweiten Kohlenstoffemissionen ausmachen. So wurden beispielsweise <\/span>im Jahr 2020 in Einfamilienh\u00e4usern durchschnittlich 864 Petajoule Heizenergie verbraucht, ein enorm hoher Wert. <\/span>Eine vielversprechende L\u00f6sung zur Reduzierung dieses Energiebedarfs f\u00fcr Heizung und K\u00fchlung haben nun Forschende der Universit\u00e4ten Stuttgart und Freiburg entwickelt. Hierbei handelt es sich um ein energieautarkes Fassadensystem, das sich dank des 4D-Drucks<\/a> selbstst\u00e4ndig an Wetterver\u00e4nderungen anpasst. Dar\u00fcber hinaus ist das Projekt von der Natur inspiriert<\/a>, man spricht hier von der Biomimetik<\/a>, die bereits zahlreiche technologische Innovationen hervorgebracht hat.<\/span><\/p>\n

Solar Gate ist das weltweit erste adaptive Verschattungssystem, das wetterabh\u00e4ngig arbeitet und dabei keine elektrische Antriebsenergie ben\u00f6tigt. Als Vorbild diente der Kiefernzapfen, dessen Schuppen sich bei Ver\u00e4nderungen der Luftfeuchtigkeit oder Temperatur \u00f6ffnen und schlie\u00dfen, ohne dabei Stoffwechselenergie zu verbrauchen. Aus diesem Prinzip heraus entwickelte das Team dann die richtungsabh\u00e4ngige Struktur der Zellulose<\/a> in Pflanzengeweben nach, indem sie diese mit 3D-Druckern<\/a> nachbildeten. \u201eWetterreaktive, architektonische Fassadensysteme sind meist auf aufwendige technische Vorrichtungen angewiesen. Unsere Forschung untersucht, wie wir die Reaktionsf\u00e4higkeit des Materials selbst durch computerbasierte Planungsmethoden und additive Fertigung nutzbar machen k\u00f6nnen. Wir haben ein Verschattungssystem entwickelt, das sich abh\u00e4ngig von den Wetterbedingungen selbstst\u00e4ndig \u00f6ffnet und schlie\u00dft, ohne dass daf\u00fcr jegliche Betriebsenergie oder mechatronische Elemente ben\u00f6tigt werden. Die Biomaterialstruktur selbst ist die Maschine\u201c<\/em>, erkl\u00e4rt Professor Achim Menges, Leiter des Instituts f\u00fcr Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung sowie Sprecher des Exzellenzclusters Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen f\u00fcr die Architektur der Universit\u00e4t Stuttgart.<\/span><\/p>\n

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Dank bioinspiriertem 4D-Druck und Zellulosematerialien aus nachwachsenden Rohstoffen hat das Team ein System entwickelt, das sich automatisch an Ver\u00e4nderungen im Wettergeschehen anpasst. (Bild: ICD\/IntCDC Universit\u00e4t Stuttgart)<\/p><\/div>\n

Die Wahl fiel auf Zellulose, da es sich um ein erneuerbares Material<\/a> handelt, das reichlich vorhanden ist und auf Feuchtigkeitsver\u00e4nderungen reagiert, indem es quillt oder schrumpft. Diese Eigenschaft wird als Hydromorphie bezeichnet und ist in der Natur weit verbreitet, wie etwa bei Kiefernzapfen. Das Team machte sich diese Eigenschaft zunutze und fertigte biobasierte Zellulosefasern, um im 4D-Druckverfahren<\/a> eine zweischichtige Struktur zu erzeugen, die von den Schuppen des Kiefernzapfens inspiriert ist und ihre Form als Reaktion auf \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse selbstst\u00e4ndig ver\u00e4ndern kann. <\/span><\/p>

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F\u00fcr Solar Gate entwickelten die Forscher zudem eine computergesch\u00fctzte Herstellungsmethode zur Steuerung der Extrusion von Zellulosematerialien mittels einem Standard-3D-Drucker<\/a>, die das selbstformende Verhalten von 4D-gedruckten Materialsystemen nutzt. Die gedruckten Elemente k\u00f6nnen sich einrollen oder \u00f6ffnen und bei niedriger Luftfeuchtigkeit geben die Zellulosematerialien ihre Feuchtigkeit ab und ziehen sich zusammen, wodurch die gedruckten Elemente dann abflachen und sich dementsprechend schlie\u00dfen.<\/span> \u201eInspiriert von den hygroskopischen Bewegungen von Kiefernzapfenschuppen und den Hochbl\u00e4ttern der Silberdistel ist es beim Solar Gate gelungen, nicht nur die hohe Funktionalit\u00e4t und Robustheit der biologischen Vorbilder in ein bioinspiriertes Verschattungssystem zu \u00fcbertragen, sondern auch die \u00c4sthetik der pflanzlichen Bewegungen. Dies kann als \u201aK\u00f6nigsweg der Bionik\u2018 betrachtet werden, da alles, was uns am biologischen Ideengeber fasziniert, auch im bioinspirierten architektonischen Produkt realisiert wurde\u201c<\/em>, sagt Professor Thomas Speck, Leiter der Plant Biomechanics Group Freiburg und Sprecher des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) der Universit\u00e4t Freiburg.<\/span><\/p>\n

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Die zweischichtige Struktur wird mit einem 4D-Druckverfahren aus zellulosehaltigen Materialien hergestellt. (Bild: ICD\/IntCDC Universit\u00e4t Stuttgart)<\/p><\/div>\n

Aber wie ie wird Solar Gate nun in die Architektur<\/a> integriert? Die Funktionalit\u00e4t und Haltbarkeit des Systems wurden bereits ein Jahr lang unter realen Wetterbedingungen getestet. Anschlie\u00dfend wurde es an der livMatS Biomimetic Shell angebracht, dem Baudemonstrator des Exzellenzclusters IntCDC und des Exzellenzclusters livMatS, der als Forschungsgeb\u00e4ude der Universit\u00e4t Freiburg dient. Dar\u00fcber hinaus ist das 4D-gedruckte Verschattungssystem an einem nach S\u00fcden ausgerichteten Dachfenster installiert und unterst\u00fctzt damit die Klimaregulierung des Geb\u00e4udes. <\/span><\/p>\n

Genauer gesagt \u00f6ffnen sich die Elemente im Winter, um Sonnenlicht in das Geb\u00e4ude zu lassen und es zu erw\u00e4rmen, w\u00e4hrend sie sich im Sommer schlie\u00dfen, um eine \u00dcberhitzung zu verhindern. Der gesamte Prozess wird ausschlie\u00dflich durch Wetterver\u00e4nderungen gesteuert, was in Zukunft einen enormen Fortschritt in der Architektur bedeuten k\u00f6nnte und gleichzeitig das Potenzial von additiver Fertigung<\/a> sowie Zellulose als Material verdeutlicht. Mehr \u00fcber Solar Gate erfahren Sie HIER<\/a>.<\/span><\/p>\n